新媒体与音视频编解码技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,数字广播电视,技术原理,1,参考资料：,2,第六章电视原理与发展,所谓电视，就是以一定的方式将图像画面从一处传送到另一处。这个过程包括,了光一电转换、信号处理与传愉、电一光转换等环节。,第一节 电视成像原理,人眼的视觉惰性和闪烁感觉,（描述人眼对光亮变化连续性感觉的特性）,视觉惰性,当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失,都需要一定的过程，即具有一定的隋性会在,视觉中保留一段时间，称为,视觉暂留或视觉,惰性,，,t3-t4,为视觉暂留时间，,通常为,0.05-0.2s,。实验表明，若景物以间歇性光,亮重复呈现，只要重复频率大于,20Hz,即保留有景像存在的印象，该重复频率可称,为融合频率视觉惰性是活动画面有连续感的前提。,闪烁感觉和临界闪烁频率,闪烁感觉,如果周期性重复的脉冲光源作用到视网膜上，当脉冲光的重复频率不够高时，人眼,会对之产生一明一暗交替变化的闪烁感觉。,临界闪烁频率,把不再引起闪烁感觉的光源的最低重复频率称为,临界闪烁频率,，它与很多因素有关,如：脉冲光源亮度、背景亮度和明暗时间占空比等。研究表明：一般的,临界闪烁频,率为,45.8Hz,3,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,一、图像的分解与传送,1,像素的概念,将景物图像化整为零的方法称为图像的分解，分解之后的小点称为像素。,所谓像素，就是电视系统分解和综合图像的最小单元。,传像时，首先须将待传景像分解成一个个像素，每个像素的亮度、色,调、饱和度随景物的位置和时间而不同。因此，待传景物图像诸像素的光,学信息表达式为：,f,B,S,( x,y,z,t),，这里仅讨论黑白平面活动图像，只,需传输各像素的亮度信息，其光学信息表达式简化为：,f,B,( x,y,t),。,经传输通道传送的电信号为电压（或电流），只能是时间的一维函数,为：,u(t),。电视系统的任务是将各像素的,f,B,( x,y,t),，变换成,u(t),实现,f,B,( x,y,t),u(t),转换的方式,，有,同时传输制,和,顺序传输制,两种。,2,图像的传送,同时传输每个像素信息的方式称为,同时传输制,。每个像素均需占用一,条传输通道，一帧画面分解成几十万个像素就需要几十万条通道，这显然,是不现实的。因此，实际中同时传输制未被采用。,实际电视传像是通过一条传输通道，将每个像素信息按一定顺序一个,个进行传送的，,这种顺序传输每个像素信息的方式,称为顺序传输制,。,黑白电视系统中通过电子束扫描将景物分解成许多像素，把每个像素的亮,度信息,f,B,( x,y,t),按时间顺序变换成相应的电信号,u(t),这时传输通路只,需一条。,4,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,一、图像的分解与传送,2,图像的传送,黑白电视系统中,通过电子束扫描将景物分解成许多像素，,把每个像素,的亮度信息,f,B,( x,y,t),按时间顺序变换成相应的电信号,u(t),这时传输通,路只需一条。扫描过程即相当于开关轮流接通每一对相应的发光单元。只,要轮换的速度足够快，由于人眼的视觉暂留特性，看起来即是所有的像素,同时发光的效果，可显示出完整的画面。,5,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,二、光电与电光的变换,电视图像的传送，在发端是基于光电转换器件，在收端是基于电光转换器,件，实现这两种转换的器件分别称为,摄像管和显像管,。光电转换过程即摄,像过程，其原理与所使用的摄像材料有关。可分为摄像管和,CCD,器件。,光电导摄像管：,属电真空器件。由镜头、光电靶、聚焦线圈和偏转线圈组成。,20,世纪,80,年代后，,CCD,进人实用阶段，这种摄像器件无须电子束的扫描就,能实现光电转换，且在体积、重量、功耗等方面明显优于摄像管。,CCD,摄像器件：,CCD(Charge Coupled Devic,）即电荷藕合器件,，它作为图像传感器是一个,晶体半导体，它可以将入射光线转换成视频信号。,CCD,是一种金属氧化物,半导体,(CMOS,互补金属氧化物半导体,）集成电路器件，具有电荷存储功能。,在外加时钟脉冲的驱动下，,CCD,中的电荷包按一定顺序从,CCD,中转移出,去，形成图像信号输出到外电路，这就是,CCD,的电荷转移功能,。,CCD,是以电荷的多少代表图像信号的亮暗、以时钟信号控制代替电子束扫,描实现图像信号的摄取、变换和输出的固态电子器件。,6,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,二、光电与电光的变换,CCD,摄像器件：,CCD,的表面包含一个像素或图像元素的阵列，排列成一系列精确的、水平,的行和垂直的列。摄像机镜头所拍下的场景转化成一系列的像素，每个像,素复制出画面的一部分。每一个像素都包含有一个金属氧化物或硅半导,体，它们将入射光线转化成电荷。,电荷的强弱是与照射到像素上光线的强,度及曝光时间成正比的。,入射光线转化成电荷后，它被传输并存储,在另一,层芯片上。随后，像素上所存储的信息按正常电视扫描速率被一个个逐行,读出。,实用的,CCD,摄像器件有三种类型：,行间转移式,(IT)CCD,；,帧间转移式,(FT)CCD,；,帧行间转移式,(FIT)CCD,参考资料：,7,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,二、光电与电光的变换,CCD,摄像器件：,实用的,CCD,摄像器件有三种类型：,行间转移式,(IT)CCD,；帧间转移式,(FT)CCD,；帧行间转移式,(FIT)CCD,8,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,三、电子扫描,将一幅图像上各像素的明暗变化转换为顺序传送的相应的电信号，以及将这些顺序传,送的电信号再重新恢复为一幅图像的过程，都是通过电子扫描来实现的。在摄像管与,显像管中，电子束按一定规律在靶面上或荧光屏面上运动，就可以完成摄像与显像的,扫描过程。,1,逐行扫描,在电视系统中，摄像管和显像管的外部装有,偏转线圈，当线圈中分别流过行、场锯齿波,扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平,方向的偏转磁场，在这两个磁场的共同作用,下，使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。,9,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,三、电子扫描,1,逐行扫描,在锯齿波电流作用下，电子束产生自左向右、自上而下，一行紧按一行的,运动，称其为,逐行扫描。,在电视系统中，要使传送的图像清晰，并具有活动、连续而又无闪烁感，,则要求,传送频率大于临界闪烁频率,47Hz,（人眼的临界闪烁频率与图像的,亮度、对比度等因素有关，即每秒传送,47,场以上的图像）。,我国电视制式规定，场频为,50Hz,，每帧图像的扫描行数为,625,行,。若采用,逐行扫描的话，帧频与场频相等，理论分析表明，电视图像信号的最高频,率为,11-12MHz,。要传送这样宽的信号，会使设备复杂化，且使电视系统传,输电视的频道数减少。,如若为了减少带宽而降低场频，将会导致重现图像的闪烁；减少每场扫描,行数，又会降低图像的,清晰度。可见，逐行扫描是无法解决,带宽,与,闪烁感,及,清晰度,的矛盾。,2,隔行扫描,就是在每帧扫描行数仍为,625,行，将每帧图像分为两场来传送，奇数场,传送,1,、,3,、,5 ,奇数行；偶数场传送,2,、,4,、,6 ,偶数行。每秒传送,50,场，因而将有效降低闪烁感。所以隔行扫描既减小了闪烁感，并使图像信,号的带宽仅为逐行扫描的一半，因此世界各国都采用隔行扫描的扫描方式。,10,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,三、电子扫描,2,隔行扫描,隔行扫描既减小了闪烁感，并使图像信号的带宽仅为逐行扫描的一半，因,此世界各国都采用隔行扫描的扫描方式。,11,第六章 电视原理与发展,第一节 电视成像原理,三、电子扫描,2,隔行扫描,隔行扫描既减小了闪烁感，并使图像信号的带宽仅为逐行扫描的一半，因,此世界各国都采用隔行扫描的扫描方式。,整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而减少了闪烁感。,但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每秒重复,25,次，这是低于临界闪,烁频率的。当我们接近电视机观看时，仍会感觉到行间闪烁；但离开一定,距离观看时，行间闪烁就不明显了。隔行扫描将视频带宽压缩为逐行扫描,的一半，大约为,5.5MHz,左右，所以我国规定视频信号带宽按照,6MHZ,分析,计算。,12,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,完整的,黑白全电视信号,是由黑白图像信号、复合消隐脉冲（包括场消隐脉,冲和行消隐脉冲）和复合同步脉冲（包括场同步脉冲和行同步脉冲）等信,号按一定方式组合在一起形成的。,一、图像信号,1.,图像信号及其特征：,黑电平高、白电平低的图像,信号称为,负极性图像信号。,白电平高、黑电平低的图像,信号称为,正极性图像信号。,图像信号是随机的，其特征如下,：,图像信号具有,直流成分,，其数值确定了,图像的背景亮度,。图像信号的数值总是在零值以上或零值以下的一定范围内变化，即,图像信号是单极性信号。,对于一般活动图像，相邻两行或相邻两帧信号间具有较强的相关性。换句话说，,相邻两行或相邻两帧图像信号差别极小，可近似认为是周期信号。,13,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,2.,图像信号的基本参数：,亮度：,是指单位面积的光通量。电视图像的亮度取决于电视图像信号的平均直流,成分，改变电视图像信号的直流成分，可以改变其亮度。,对比度：,是客观景物最大亮度,Bmax,与最小亮度,Bmin,之比。很显然，若图像信号,的黑、白电平差别愈大，则对比度愈高。,灰度,:,即亮度级差或称亮度层次。它反映电视系统所能重现的原图像明、暗层次,的程度。,二、辅助信号,在电视系统中还需要其他的辅助信号解决行场消隐、行场同步等问题，这,些信号是复合消隐信号、复合同步信号、槽脉冲和均衡脉冲等。,1,复合消隐信号,:,无论是图像的分解还是恢复重现，都需要电子扫描才能完成。电子束在回,扫时，若不采取措施，无论是行或场都将出现回扫线，这将对正程所传送,的图像起干扰作用。,消除行、场逆程回扫线的消隐脉冲分别称为,行消隐脉,冲和场消隐脉冲,，二者合称,复合消隐脉冲或复合消隐信号,。,消隐电平值一,般与黑电平一样，也可能比黑电平更“黑”。,14,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,二、辅助信号,1,复合,消隐,信号,:,15,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,二、辅助信号,1.,复合消隐信号,:,2.,复合同步脉冲,:,同步脉冲的作用,：给接收端提供同步信息，以使行、场扫描电路的扫描频,率、相位与发送端一致。,复合同步脉冲,：行、场同步的统称。,行同步脉冲,：每行一个，宽度为,4.7,s,；叠加在行消隐脉冲上；一行的起,始时刻以行同步的前沿为基准。即,从行同步前沿时刻开始行,扫描电流逆程。,场同步脉冲,：每场一个，宽度为,2.5H=160,s,。叠加在场消隐脉冲上；,场,同步前沿规定为一场逆程的起始时刻。,16,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,二、辅助信号,3.,开槽场同步和均衡脉冲,:,开槽场同步作用,：保证在场同步期间不丢失行同步信息。,均衡脉冲作用：,保证奇偶场光栅的精确镶嵌。同时，相应均衡脉冲的前沿,仍提供行同步信息。,17,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,三、黑白全电视信号波形,我国电视扫描标准：,隔行扫描，每帧,625,行，每帧两场，每场,312.5,行,帧频：,f,F,=25Hz,场频：,f,v,=50Hz,场周期：,T,v,=20ms (,T,vt,=18.4ms,，,T,vr,=1.6ms),行频：,f,H,=25(,帧,)625(,行,)=15625Hz,行周期：,T,H,=64s (,T,Ht,=52s,，,T,Hr,=12s),我国电视标准规定：,以负极性全电视的同步信号顶电平作为,100 %,，则黑色电平和消隐电平,的相对幅度为,75 %,：白色电平相对幅度为,10% -12.5%,；图像信号电平,介于白色电平与黑色电平之间。,各脉冲的宽度为：,行同步,4.7s,。；场同步,160s,（,2.5,行，,H,表示行，,V,表示场）；,均衡脉冲,2.35s,槽脉冲,4.7s,；场消隐脉冲,1612s(,同,T,vr,=1.6ms,),；,行消隐脉冲,12s(,同,T,Hr,=12s,),18,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,三、黑白全电视信号波形,帧频,f,F,=25Hz,场频,f,v,=50Hz,场周期,T,v,=20ms(,T,vt,=18.4ms,T,vr,=1.6ms),行频,f,H,=25(,帧,)625(,行,)=15625Hz,行周期,T,H,=64s(,T,Ht,52s,，,T,Hr,12s),19,第六章 电视原理与发展,第二节 黑白全电视信号,三、黑白全电视信号波形,我国电视扫描标准：,隔行扫描，每帧,625,行，每帧两场，每场,312.5,行,帧频：,f,F,=25Hz,场频：,f,v,=50Hz,场周期：,T,v,=20ms (,T,vt,=18.4ms,，,T,vr,=1.6ms),行频：,f,H,=25(,帧,)625(,行,)=15625Hz,行周期：,T,H,=64s (,T,Ht,=52s,，,T,Hr,=12s),我国电视标准规定：,以负极性全电视的同步信号顶电平作为,100 %,，则黑色电平和消隐电平,的相对幅度为,75 %,：白色电平相对幅度为,10% -12.5%,；图像信号电平,介于白色电平与黑色电平之间。,各脉冲的宽度为：,行同步,4.7s,。；场同步,160s,（,2.5,行，,H,表示行，,V,表示场）；,均衡脉冲,2.35s,槽脉冲,4.7s,；场消隐脉冲,1612s,；行消隐脉冲,12s,20,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,一、彩色图像的摄取和重现,1,、彩色图像的摄取：,彩色图像经物镜照射在分色棱镜上，在三角棱镜的一个表面上镀上薄膜，该薄膜,使某种基色光在其表面反射，另两种基色光则透过该薄膜，然后再经另一面由表面所,镀的薄膜反射出一种基色光，剩下最后的一种基色光透射过去，这样就将彩色光束分,解成三基色光。,三种基色光，分别由三个成像元件（三个黑白摄像管或三片,CCD,）进行光一电,变换，成像元件本身并,无辨色能力,，它只能辨别亮度，,色度则由三者的比例关系决定,。成像元,件的输出,分别经过,红、绿、,蓝通道放,大与处理，,再由编码,器合成为,能由一个,通道传送,的彩色全,电视信号。,三只成像,元件的电子束在进行扫描时，彼此间必须保持,严格的同步。,21,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,一、彩色图像的摄取和重现,1,、彩色图像的摄取：,22,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,一、彩色图像的摄取和重现,1,、彩色图像的摄取：,23,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,一、彩色图像的摄取和重现,2,、彩色图像的重现：,彩色显像管与黑白显像管的最大区别在于它发射三个电子束，分别对应红、,绿、蓝三个基色。,彩色荧光粉是按红、绿、蓝组成的三色荧,光点为一组，以品字形等排列布满屏面，,荧光屏后面有布满小孔的金属板,荫罩板，,每个孔对应一组三色点,，,根据,空间相加混色原理,，三色电子束通过荫罩,板小孔会聚，轰击对应的,R,G,B,荧光点，,每组呈现的颜色是三基色光的混合色。混合色的色调及饱和度，取决于由,发送端送来约三个基色信号电压,R,、,G,、,B,的大小，亮度与被摄图像相对应,像素的三基色光的亮度成比例，荧光屏上重现了发端的彩色图像。,24,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,一、彩色图像的摄取和重现,2,、彩色图像的重现：,25,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,二、彩色图像的传送,1,彩色与黑白电视信号的兼容,要精确地再现自然景物中的彩色是困难的。经过对彩色视觉特性的研究发,现：,在重显景物中彩色时，不一定要恢复景物辐射的所有光波成分，而重,要的是获得与原景物相同的彩色感觉。,由于技术的发展必须考虑彩色电视与黑白电视的兼容问题。,2.,彩色全电视信号,彩色电视制式有,NTSC (National TeIevion Systems Committee),、,PAL,(Phase Alternating Line),、,SECAM,三个，它们都具有兼容性。,PAL,、,SECAM,是在,NTSC,基础上对其改进后的制式，我国采用,PAL,制。,为了实现兼容，彩色电视都不直接传送三个基色信号，而是,传送,带亮度信,息的,亮度信号,和携带色调和饱和度信息的两个,色差信号,。,亮度信号：,Y=0.30R+O.59G+O.11B,色差信号：,R-Y=0.70R-O.59G-O.11B,B-Y=-O.30R-O.59G+O.89B,作为传输信号，绿色差信号,G-Y,数值较小不利于信噪比的改善，故选择了,以上的二个色差信号！,26,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,二、彩色图像的传送,2.,彩色全电视信号,恒定亮度原理：,亮度信号,Y,是代表彩色图像的亮度信息不含有色度信息，而,R-Y,、,B-Y,只携,带色度信息而不包含亮度信息，这称为恒定亮度原理。,混合高频,:,利用人眼对彩色细节分辨力低这一特点，对,1.3MHZ,以下的图像信号能保,证重现出准确的色度，对,1.3MHZ,以上的图像细节，则由红绿蓝混合出来的,亮度信号代替。如下图所示混合高频技术的使用既大大减小了传输信号,的带宽，又能使彩色图像的质量令人满意。,正交平衡调幅,:,平衡调幅是指抑制载波的调幅，两个色差信号分别对频率相同、相位差,90,o,的两个载波进行平衡调幅,称为正交平衡调幅,。,为了防止彩色全电视信号超过规定电平，在,PAL,制彩色电视中，需要对将,R-Y,、,B-Y,信号进行幅度压缩，称为,U,、,V,信号：,U=0.493(B-Y),V=0.877(R-Y),27,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,二、彩色图像的传送,2.,彩色全电视信号,PAL,制又称,逐行倒相正交平衡调幅制。,其特点是编码时己调,U,分量不变，己,调,V,分量逐行倒相。,PAL,制的色同步信号作用：,为接收机恢复基准副载波提供基准频率和相位；提供,V,分量逐行倒相顺序,的信息，色同步信号相位,135,o,代表不倒相行，,-135,o,代表倒相行。色同步,信号被安放在行消隐脉冲的后肩上，约,10,个周期的副载波信号，初相位一,行为,135,o,，下一行为,-135,o,，逐行交替。,28,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,二、彩色图像的传送,2.,彩色全电视信号,PAL,制的色同步信号：,三、电视频道与电视制式,1.,电视的频道：,全电视信号的频谱宽度：视频,0-6MHz,音频,40-15KHz,一路电视频道宽度：国家标准：,8MHz,频道的分配：,VHF,、,UHF,29,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,三、电视频道与电视制式,2,、彩色电视信号的类型,复合电视信号：,包含亮度信号、色差信号和所有定时信号的单一信号叫做复合电视信号，,或者称为全电视信号。,分量电视信号：,指每个基色分量作为独立的电视信号。每个基色既可以分别用,RGB,，也可,以用亮度一色差信号。使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要,比较宽的带宽和同步信号。,S-VIDEO,信号：,是亮度和色差分离的一种电视信号，是分量模拟电视信号和复合模拟电视,信号的一种折中方案，,使用它有两个优点：,减少亮度和色差信号之间的交叉干扰。,不需要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。,30,第六章 电视原理与发展,第三节 彩色电视的基本原理,三、电视频道与电视制式,3,、彩色电视制式,彩色电视制式有,NTSC (National TeIevion Systems Committee),、,PAL,(Phase Alternating Line),、,SECAM,三个，它们都具有兼容性。,PAL,、,SECAM,是在,NTSC,基础上对其改进后的制式，我国采用,PAL,制。,这三种制式的共同点都是传送亮度信号和红色差信号及蓝色差信号，且都,采用以色差信号调制在彩色副载波上的方式实现频谱间置，以达到兼容的,目的。这三种制式的主要区别是色差信号调制载波的方式不同。虽然这三,种制式都与黑白电视兼容，但是它们之间却相互不兼容，因此，在三种制,式之间进行节目交换时，需要先进行制式转换。,31,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,一、数字电视技术的发展,1.,数字电视的产生和发展,黑白电视称为第一代电视；彩色电视为第二代电视，,数字电视和高清晰度电视是第三代电视。,数字电视技术的发展经历了三个主要阶段。,第一阶段：,在,20,世纪,8O,年代以前，以研究开发单独的局部设备为主，如：数字时基校,正器（,DTBC,）、数字帧同步机、数字特技机等；,第二阶段：,80-90,年代成功开发了数字整机电视设备，如数字录像机、数字信号处理,摄像机等；,第三阶段：,90,年代以后，开始从单个设备向整个系统发展，一些研究机构提出了全数,字化的数字电视广播标准，如,DVB,、,ATSC,等，一些发达国家已经开始,进行数字电视或数字高清晰度电视系统的试播。,32,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,一、数字电视技术的发展,2.,数字电视的特点：,数字电视基本概念：,数字电视是数字电视系统的简称，是指音频、视频和数据信号从信源编码、调制到接收和处理均采用数字技术的电视系统。,国际上的精确定义：,将活动图像、声音和数据，通过数字技术进行压缩、编码、传输、存储，实时发送、广播，供观众接收、播放的视听系统。,从广义上说，数字电视是数字传输系统，是原有电视系统的数字化。,数字电视广播系统基本构成：,33,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,一、数字电视技术的发展,2.,数字电视的特点：,数字电视技术的优势：,在复制或传输等处理过程中，噪声不会累积。信噪比基本保持不变。,数字信号稳定可靠，易于实现存储、计算机处理、网络传输等功能，而且数字电视信号很容易实现加解密处理。,可充分利用信道容量。数字电视信号可采用时分多路复用方式，在行、场消隐期间实现数据广播。,压缩后的数字信号经调制后可进行开路广播，在设计的服务区内（地面广播），观众能以较高的概率实现“无差错接收”，使收到的电视图像和声音质量接近演播室质量。,可合理利用各种类型的频谱资源。以地面广播为例，数字电视可以启用模拟电视的“禁用频道”，而且可采用“单频网络”。,34,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,一、数字电视技术的发展,2.,数字电视的特点：,35,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,PCM,编码,:,模拟信号的数字化过程主要是取样、量化和编码。又称,PCM,编码,。,取样,是将时间上连续的模拟信号变成时间上离散的信号，,量化,是将幅度上连续的取样值变成幅度上离散的取样值，,编码,是将离散化的取样值编成二进制数码。,数字化方式,:,根据电视信号的特点，有两种：,复合编码方式：,将彩色电视信号作为一个整体进行取样、量化和编码，得到一个数字复合,电视信号。,分量编码方式：,对亮度信号和两个色差信号分别进行取样、最化和编码，得到三个数字分,量电视信号。,36,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,分量编码方式：,数字分量方式是分别对三基色信号,ER,、,EG,、,EB,或分别对亮度信号,EY,和色差信号,ER-Y,、,EB-Y,进行数字化处理的方式，,1982,年,CCIR,第,15,次全会上通过了著名的,601,号建议书，后来经过多次修正,、扩展，现己发展到包含,16:9,宽高比在内的,ITU-R BT.6O1-5,标准。我国,于,1993,年制定了国标“,GB/T14857-93,演播室数字电视编码参数规范”等同,采用了,601,建议。,37,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,取样结构：,是指取样点在空间与时间上的相对位置。,对电视信号进行取样时，有两种取样结构：,正交结构和行交叉结构。,一般采用正交结构。,正交结构,是在图像平面上沿水平方向取样点等间隔排列，沿垂直方向取样点上下对齐排列，这样有利于帧内和帧间的信号处理。,行交叉结构,是在每行内的取样点数为整数加半个。,38,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,取样结构：,考虑到取样定理要求、取样结构的正交性、兼顾各国电视的扫描格式以及,编码后的比特率等因素，,CCIR601,建议“亮度信号的取样频率”为,13.5MHz,。,色度取样格式：,由于色度信号的带宽,(1.3MHz),要比亮度的窄很多,且考虑到取样点正交结,构的要求，有几种色度取样格式：,422格式,色差信号,C,r,和,C,b,的取样频率均为亮度信号取样频率的一半,6.75MHz,数,字,SDTV,演播室采用这种格式。,39,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,色度取样格式：,422格式,色差信号,C,r,和,C,b,的取样频率均为亮度信号取样频率的一半,6.75MHz,数,字,SDTV,演播室采用这种格式。,40,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,422格式,4,：,2,：,2,数字分量信号的时分复用传输：,SDTV,： 每帧有效行,x,有效像素,/,行,=576x720,每帧的数字视频以,C,b,1,Y,1,C,r,1,Y,2,C,b,2,Y,3,C,r,2,Y,4,C,b,3,Y,5,C,r,3,Y,6,.,C,b,360,Y,719,C,r,360,Y,720,的顺序进行传输。,41,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,色度取样格式：,4,44,格式,色差信号,C,r,和,C,b,的取样频率与亮度信号取样频率一样,在演播室要求高,质量的信号源时采用这种格式。,42,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,色度取样格式：,4,20,格式,色差信号,C,r,和,C,b,的取样频率均为亮度,信号取样频率的四分之一，即,3.375MHz,，,这不是演播室的信号格式，是压缩编码中常用的格式。,43,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,色度取样格式：,4,11,格式,色差信号,C,r,和,C,b,的取样频率均为亮度,信号取样频率的四分之一，即,3.375MHz,，,这不是演播室的信号格式，是某种摄录设备中用的格式。,44,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,色度取样格式：,45,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,1.,数字电视信号的产生：,数字标准清晰度电视中常用的编码参数：,46,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,2.,数字电视信号压缩：,压缩编码：,由于电视信号数字化后码率太高，必须先对数据进行压缩编码，然后再进,行存储和传输。,压缩编码的主要任务，就是要在人眼不能察觉有失真条件,下，尽可能采用比较简单有效的编码方法，降低码率。,图像数据的压缩机理：,利用图像中存在大量冗余度可供压缩；,利用人眼的视觉特性。,图像信号的冗余度：,为了提出有效的数据压缩方法，首先必修搞清楚图像数据中存在哪些冗余。,空间冗余：,在同一幅图像中规则的物体和规则的背景都具有很强的相关性,，称之为空间冗余。,时间冗余：,在图像序列中的两幅相邻的图像之间有较大的相关性，称之为,时间冗余。,结构冗余：,有些图像从大面积上看存在着非常强的纹理结构。,视觉冗余：,人眼的视觉系统对于图像的感知是非均匀和非线性的，对图像,的变化并不都能查觉出来，这称之为视觉冗余。,47,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,2.,数字电视信号压缩：,数据压缩编码方法的分类,根据解码后的数据与原始数据是否完全相同来进行分类，可分为两类：,无损压缩：,解码后的图像与原始图像严格相同，即压缩是完全可以恢复的没有误差的,有损压缩：,解码后的图像与原始图像存在一定的误差，但视觉效果一般是可被接受的,根据压缩方法的原理又可大致分为：,预测编码（,predictive coding,）、,变换编码（,transform coding,）、,信息熵编码（,entropy coding,）等。,48,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,3.,视频压缩标准：,JPEG(Joint Photographic Experts Group),是联合图像专家组的英文缩写。,JPEG,主要是针对静止图像的压缩编码,标准，但是在电视图像序列的帧内压,缩中也常,采用，是一个适用范围广泛的通用标准。,H.261,标准主要应用于在综合数字业务网,ISDN,上传输电视电话会议。,随着多媒体技术的发展，,CCITT,又提出了,H.263,和,H.263,建议，,它既适应,低速通信网又适应高速通信网，将成为多媒体通信的主要视听业务编码标,准。,MPEG(Moving Pictures Expert,Group,）,是,ISO,和,IEC,两个国际组织领导下,的标准组织。,1992,年制定了,MPEG-1,标准。,MPEG-1,在,VCD,中广泛的应用。,为满足广播电视对图像质量的要求，专家组制定了,MPEG-2,。,MPEG-2,主要的三个部分：,第一系统部分：,主要涉及多路音频、视频和数据的复用和同步；,第二视频部分：,主要涉及各种比特率的数字视频编码；,第三音频部分，,扩充了,MPEG-1,的音频标准，达到了,5.1,声道之多。,MPEG-2,己在多媒体技术和广播电视领域中得到广泛的应用。,49,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,3.,视频压缩标准：,MPEG-4,标准,，,1999,年,1,月正式发布。,MPEG-4,不仅着眼于不同码流下的压缩,编码标准，而是更多的强调多媒体通信的交互性和灵活性，以及多工业领,域的融合。,MPEG-4,的主要特征是,采纳了基于对象（,object-Based,）的第二代编码技,术。所谓的对象,是在一个场景中能够访问和操纵的实体，对象的划分可以,根据其独特的纹理、运动、形状、模型和高层语义为依据。,这种编码是一,种基于内容的数据压缩方式，,如将图像分割为运动物体对象和静止不动的,背景对象平面，并对这两个对象进行分别处理。,50,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,二、数字电视基础,4.,数字电视信号误码的控制：,为了保证数字电视传输的可靠性，除了信源编码外，还需对数字信号做一,些特殊的处理，即差错控制编码，信道编码就是承担此任的。,信道编码一般有下列要求：,(1)增加尽可能少的数据率而可获得较强的检错和纠错能力，即编码效率,高，抗干扰能力强；,(2)对数字信号有良好的透明性，也即传输通道对于传输的数字信号内容,没有任何限制；,(3)传输信号的频谱特性与传输信道的通频带有最佳的匹配性；,(4)编码信号内包含有正确的数据定时信息和帧同步信息，以便接收端准,确地解码；,(5)编码的数字信号具有适当的电平范围；,(6)发生误码时，误码的扩散蔓延小。,其中，最主要的可概括为两点。,A.,附加一些数据信息以实现最大的检错纠错能力,;,B.,数据流的频谱特性适应传输通道的通频带特性，以求信号能量损失最小,，因此有利于载噪比高，发生误码的可能性小。,51,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,三、高清晰度电视,HDTV,高清晰度电视（,High Definition Television,）简称为,HDTV,，是电视领,域的一场革命，其大屏幕画面细腻逼真，配以环绕立体声，己接近高质量,的电影。,对高清晰度电视的要求：,是使一个正常视力的观众在距离显示图像高度约三倍距离处看到的图像质,量达到和观看原始景物相同的感受。,高清晰度电视的特点：,高的图象空间分解力：,HDTV,在水平方向和垂直方向上的空间分辨率应是普通清晰度电视的二倍，,每帧图像行数不少于,1000,行；,16:9,宽屏幕：,画面宽高比为,16:9,，更符合人眼的视觉特性，视野宽，临场感强，画面,尺寸应为对角线达,0.8m,以上的大屏幕，效果更好。,高质量声音：,HDTV,应有高质量的环绕立体声，至少有,4,路数字伴音通道，伴音带宽应,达,20KHz,52,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,三、高清晰度电视,HDTV,我国高清度电视标准的主要技术参数：,53,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,四、数字视频广播系统,ATSC,数字电视系统,美国的,ATSC,数字电视标准是为其国内的全数字化,HDTV,地面广播研究开发的,一种标准，1988年由,FCC(,美国联邦通信委员会)提出设想，历经多年，于,1996年正式批准为系统标准，名称为“,ATSC,数字电视标准”。,标准扩展了,ATSC,的适用范围，使其不仅应用于,HDTV,高清晰度电视中，也包,括了,SDTV,标准清晰度电视和计算机图形格式等的参数规范。,ATSC,是美国“,先进电视制式委员会”组织机构的名称缩写,，,它制定的包括,SDTV,和,HDTV,的,标准也可以并称为,ATV(,先进电视)或,DTV(,数字电视)的地面广播标准。实际,上，,ATSC,标准中容许18种图像源格式的存在。,54,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,四、数字视频广播系统,目前，数字电视广播有三个相对成熟的标准制式：,欧洲的,DVB,（数字视频广播）标准,美国的,ATSC(,先进电视制式委员会）标准,日本的,ISDB,（综合业务数字广播）标准,DVB,标准概述：,DVB,是一个由全世界,25,个国家超过,200,个组织参加的项日组织，起源于欧洲。,其主要目标是找到一种对所有传输媒体都适用的数字电视标准协议（信道编码协议）。,传输标准：,DVB-S,：,用于,11/12GHz,频段的数字卫星系统，适用于多种转发器带宽与功,率，传输层最大码率为,38.1Mbps,。,DVB-C,：,用于,8MHz,的数字有线电视系统与,DVB-S,系统兼容，传输层最大码,率,38.1Mbps,。,DVB-T:,用于,6,、,7,、,8MHz,地面数字电视广播系统，传输层最大码率,24Mbps,DVB,还有多种网络接口标准。,55,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,四、数字视频广播系统,DVB,视频特点：,演播室数字视频标准是,SDI,。而,DVB,系统的视频采用标准的,MPEG-2,压缩编码，它分成,4,种信源格式或称,“级”,(LEVEL),，从录像带的低图像清晰度，到高清晰度电视,DVB,视频标准还定义了,5,个类”,(PROFILE,）的概念，每一个不同的,“类”,(PROFILE,）,能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。在“类”中存在两种图像取样方式，即：,4:2:2,和,4:2:0,格式。,目前在世界上最常用的,MPEG-2,标准是,MPML,。即,(,主类主级,),，,它是第一代数宇有线电视和数字卫星电视的基础。,图象宽高比可以是,4 : 3,或,16 : 9,。,至于码率，它是由节目提供者根据节目质量来选定的，图像质量越高，所需码流率越高，反之则越低。,56,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,四、数字视频广播系统,ATSC,标准,:,是为其国内的全数字,HDTV,地面广播研究开发的一种标准，,1988,年由,FCC,提出设想，于,1996,年正式批准为系统标准，名称为“,ATSC,数字电视标准”。,标准扩展了,ATSC,的适用范围，使其不仅应用于,HDTV,高清晰度电视中，也包括了,SDTV,标准清晰度电视和计算机图形格式等的参数规范。,ATSC,是美国“先进电视制式委员会”组织机构的名称缩写,，,它制定的包括,SDTV,和,HDTV,的标准也可以并称为,ATV(,先进电视)或,DTV(,数字电视)的地面广播标准。实际上，,ATSC,标准中容许18种图像源格式的存在。,视频压缩采用,MPEG-2,标准，音频压缩采用,ATSC,标准,A/52,（即杜比公司的,AC-3),，节目复用遵循,MPEG-2,标准，能完成各种码流的组合和调整。,地面电视广播系统中，采用网格编码（,Trellis Code)8,电平残留边带（,8-VSB,）调制方式，在,6MHz,的频带内可传送一路,HDTV,节目，传输比特率为,19.39 Mb/S,；,有线电视网中采用,16-VSB,调制方式，在,6MHz,的频带内可传送两路,HDTV,节目，传输比特率为,38.78Mb/S,。,57,第六章 电视原理与发展,第四节 新一代电视系统,四、数字视频广播系统,ISDB,标准,:,1996,年启动数字电视研制；,1998,年,9,月制订,ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting -Terrestrial),数字电视地面广播系统标准，与欧洲的,DVB-T,类似。,视频压缩采用,MPEG-2,标准，音频压缩采用,MPEG-4 AAC,方式，信号复用遵循,MPEG-2,标准。,ISDB,是日本的,DIBEG(Digital Broadcasting Expert,Group,数字广播专,家组）制定的数字广播系统标准。,ISDB,利用一种已经标准化的复用方案,在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号,也可以通过各种不同的传输信道发送出去。,ISDB,具有柔软性、扩展性、,共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其他数据业务。,由,于,ISDB,是在,ATSC,和,DVB,之后进行开发的，故更多地考虑了数字广播新业务,的特点，在音频编码、数据复用、时间频率调制等方面自行设计成专有体,系。,58,第六章 电视原理与发展,思考题：,1.,什么是新媒体？它的特征是什么？,2.,信息社会的特征是什么？,3.,广播电视新媒体的传播符号是什么？,4.,简述数字化的基本原理。,5.,什么是数字电视？数字电视新媒体的核心技术是什么？,59,